[发明专利]用于从低温储存容器输送压缩气体的系统和方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于从低温储存容器输送压缩气体的系统和方法。具体而言，所公开的系统和方法通过控制一个用于低温流体的泵使得气体的温度不会下降到预定温度以下，来减少系统中的热冲击。

发明背景

在低温温度下，气体可以以液化形态储存在储存容器中，以获得比以气相储存的相同气体高的储存密度。例如，当气体用作车辆的燃料时，由于车辆上可以用于储存燃料的空间通常是有限的，所以期望更大的储存密度。

以液化形态储存气体的另一优点在于容器的制造和运营成本较低。例如，可以设计储存容器，使其以小于2MPa(约300psig)的饱和压力在低温温度下储存液化气体。压缩气体通常储存在大于20MPa(大约3000psig)的压力下，但是适用于以如此高的压力储存气体的容器所需要的结构强度会增加该容器的重量和/或成本。此外，由于以气相储存的气体的储存密度较低，如果以气相存储气体，保存相同摩尔量的气体的容器的尺寸和/或数量必须较大，这增加了重量和安装储存容器所需的成本和空间。如果容器用于移动式应用中，由于额外的重量增加了车辆所运载的负载，所以额外的重量也增加了运营成本。对于相同摩尔量的气体，在高压下以气相保存气体的储存容器的重量可以是在低压下以液化形态保存相同气体的储存容器的重量的2至5倍。

所希望的储存液化气体的温度取决于具体的气体。例如，在大气压力下，可以在负160摄氏度的温度下以液化形态储存天然气，可以在大气压力下在负253摄氏度的温度下以液化形态储存诸如氢气的较轻气体。如任意的液体那样，通过在较高的压力下保存液化气体，可以提高液化气体的沸点温度。术语“低温温度”在此用于描述低于负100摄氏度的温度，在该温度下给定的气体可以在小于2MPa(大约300psig)的压力下以液化形态储存。为了以低温温度保存液化气体，储存容器限定一个绝热低温空间(cryogen space)。用于保存液化气体的储存容器是已知的，并且已经开发了用于从这些容器移走液化气体的许多方法和相关设备。

当气体被以低温温度储存并且最终用户在高于零摄氏度的温度以气态形式使用该气体时，系统面临的一些难题包括将气体无过度热冲击地供应至输送系统内的部件、减小用于热循环的温度范围以及防止热交换流体在汽化器内冻结。对于热循环，温度范围越宽，对遭受该温度周期性变化的诸如弹性密封件的系统部件越不利，这会缩短这些部件的寿命周期。在用于燃烧气体燃料的车辆发动机的低温燃料储存系统的实例中，发动机冷却剂可被用作汽化器内的热交换流体，以加热燃料和调节其温度。但是，车用燃料系统必须能够在一定范围的运行条件下运行，并且在某些条件下，例如当发动机低于正常运行温度时启动时，或者如果用于将燃料汽化的汽化器有问题，发动机冷却剂可能不能够提供足够的热能来将所输送的燃料的温度保持在需要的温度之上，从而导致一个更宽的热循环温度范围、对系统部件的热冲击，以及由于燃料温度和密度的变化性更大而使得燃料燃烧更难控制。如果不采取措施来避免所输送燃料的温度降到阈值温度水平以下，这会使系统遇到其它问题。例如，由于涉及到低温温度，空气中的水分会被冻结，使冰在燃料系统部件上积聚。此外，如果以低于正常的温度向汽化器提供热交换流体，由于低温流体会以至少低到-160摄氏度的温度进入汽化器，所以在该汽化器内热交换流体也有冻结的危险。如果下游部件冻结或者热交换流体冻结，如果只使用来自汽化器的热融化堆积的冰或者冻结的热交换流体，所述下游部件或者热交换流体解冻需要长的时间，并且这一问题会通过冻结的热交换流体限制热交换流体流过汽化器而恶化。热冲击、热循环和冻结中的每一个都可能对系统部件产生永久性损害和/或使系统性能下降。

因此，为了提高从低温储存容器输送压缩气体的系统的操作性、耐久性和寿命周期，需要防止热冲击、输送系统部件的冻结、汽化器内热交换流体的冻结，并需要减小热循环的温度范围。

发明内容

提供了一种从低温储存容器泵取过程流体并且将该过程流体以气相输送至最终用户的方法。该方法包括：

当从泵的下游测得的过程流体压力低于一个预定低压阈值时，启动泵并且从储存容器泵取过程流体，从而使该过程流体增压；

当过程流体压力高于一个预定高压阈值时使该泵停止；

将该过程流体从该泵导向汽化器并且从热交换流体向该过程流体传递热，以将该过程流体从液化形态转化成气相；

将该过程流体从该汽化器输送至最终用户；以及